基于单片机的电子万年历的设计.doc
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1、目 录1 课程设计目的12 课程设计简述及要求13 总体设计方案14 设计原理分析55 流程图与软件设计106 整体电路与仿真结果分析127 结论与心得12参考书目131 课程设计目的设计一个带有年月日时分秒及星期的电子万年历。要求用protues画出系统的电路理论图给出程序流程图,通过仿真制作万年历的硬件电路系统并给出程序以及元器件清单。2 课程设计简述及要求2.1 设计概述 万年历,就是记录一定时间范围内(比如100年或更多)的具体阳历与阴历的日期的年历,方便有需要的人查询使用。万年只是一种象征,表示时间跨度大。这次设计通过对万年历系统的设计,详细介绍了51 单片机应用中的按键处理、数码管
2、显示原理、动态和静态显示原理、定时中断、A/D转换等原理。该系统能够显示年、月、日、小时、分钟、秒、星期、农历,通过按键可以修改时间。此系统结构简单、功能齐全,具有一定的推广价值。2.2 设计要求 设计的核心主要包括硬件设计和软件编程两个方面。硬件电路设计主要包括中央处理单元电路、时钟电路、执行电路等几部分。软件用汇编语言来实现,主要包括主程序、键盘扫描子程序、时间设置子程序等软件模块。3 总体设计方案3.1 设计思路 方案1:系统分为主控制器模块、显示模块、按键开关模块,主控制模块采用AT89C52单片机为控制中心,显示模块采用普通的共阴LED数码管,键输入采用中断实现功能调整,计时使用AT
3、89C52单片机自带的定时器功能,实现对时间、日期的操作,通过按键盘开关实现对时间、日期的调整。 方案2:系统分为主控模块、时钟电路模块、按键扫描模块,LCD显示模块,电源电路、复位电路、晶振电路等模块。主控模块采用AT89C52单片机,按键模块用四个按键,用于调整时间,显示模块采用LCD1602,时钟电路模块采用DS1302时钟芯片实现对时间、日期的操作。3.2 设计过程两个方案工作原理大致相同,只有显示模块和时钟电路不同。LED数码管价格适中,对于数字显示效果较好,而且使用单片机的端口也较少; LCD1602液晶显示屏,显示功能强大,可以显示大量文字、图形,显示多样性,清晰可见,价格相对L
4、ED数码管来说要昂贵些,但是基于本设计显示的东西较多,若采用LED数码管的话,所需数码管较多,而且不利于控制,因此选择LCD1602作为显示模块。DS1302是一款高性能的实时时钟芯片,以计时准确、接口简单、使用方便、工作电压范围宽和低功耗等优点,得到广泛的应用,实时时钟有秒、分、时、星期、日、月和年,月小于31天时可以自动调整,并具有闰年补偿功能,而且在掉电时能够在外部纽扣电池的供电下继续工作。单片机有定时器的功能,但时间误差较大,且需要编写时钟程序,因此采用DS1302作为时钟电路。 对比以上方案,结合设计技术指标与要求我们选择了方案2进行设计。3.3 逻辑总框图图3-1 逻辑总框图4 设
5、计原理分析4.1 主控制系统单片机中央处理系统的方案设计,选用AT89C52单片机作为中央处理器,如图4-1所示。该单片机除了拥有MCS-51系列单片机的所有优点外,内部还具有8K的在系统可编程FLASH存储器,低功耗的空闲和掉电模式,极大的降低了电路的功耗,还包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片和定时器件,方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。 图4-1 主控芯片4.2 时钟振荡电路 时钟振荡电路图4-2所示,时钟振荡电路用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号,电路由两个30pF的瓷片电容和一个12
6、MHz的晶振组成,并接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚处,使单片机工作于内部振荡模式。此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率决定。电路中两个电容C1、C2的作用使电路快速起振,提高电路的运行速度。 图4-2 时钟振荡电路 图4-3 内部震荡电路4.3 复位电路复位电路由电阻和极性电容组成,通过高电平使单片机复位,在时钟电路开始工作后,当高电平的时间超过大约2us时,即可实现复位。此复位电路为上电复位,较为简单。若改进可以添加手动复位的功能,上电复位发生在开机加电时,由系统自动完成,手动复位通过一个按键来
7、实现,在程序运行时,若遇到死机,死循环或程序“跑飞”等情况,通过手动复位就可以实现重新启动的操作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源vcc之间接一个按钮和一个电阻。4.4 DS1302时钟电路 时钟电路主要由时钟芯片DS1302、备用电池、晶振等几部分组成,如图4-5所示。DS1302采用3线串行接口,占用引脚少,内部集成了可编程日历时钟,用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置,支持双电源供电,可以使用外部主电源和备用电源,备份电源能够使时钟芯片继续工作。 图4-4 ds1302 图4-5 ds1302DS1302各引脚的功能为:8: V
8、cc1:备用电池端;1: Vcc2:5V电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 Vcc1时,由Vcc1向DS1302供电;7: SCLK:串行时钟,输入; 6: I/O:数据输入输出口;5: CE/RST:复位脚;2、3: X1、X2 是外接晶振脚 (32.768KHZ的晶振);4: 地(GND)。DS1302有关日历、时间的寄存器:表4-1 关于日历时间的寄存器读寄存器写寄存器BIT 7BIT 6BIT 5BIT 4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 0范围81h80h CH10秒秒00-5983h82h10分分00-5985h84h12/010时时
9、1-12/0-23AM/PM87h86h0010日日1-3189h88h00010月月1-128Bh8Ah00000周日1-78Dh8Ch10年年00-998Fh8EhWP0000000相关参数: 1、秒寄存器(81h、80h)的位7定义为时钟暂停标志(CH)。当初始上电时该位置为1,时钟振荡器停止,DS1302处于低功耗状态;只有将秒寄器的该位置改写为0时,时钟才能开始运行。2、小时寄存器(85h、84h)的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时,选择12小时模式。在12小时模式时,位5是 ,当为1时,表示PM。在24小时模式时,位5是第二个10小时位3、控制
10、寄存器(8Fh、8Eh)的位7是写保护位(WP),其它7位均置为0。在对任何的时钟和RAM的写操作之前,WP位必须为0。当WP位为1时,写保护位防止对任一寄存器的写操作。也就是说在电路上电的初始态WP是1,这时是不能改写上面任何一个时间寄存器的,只有首先将WP改写为0,才能进行其它寄存器的写操作。DS1302读写时序 DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。DS1302的控制字如表4-2:表4-2 控制字 7 6 5 4 3 2 1 0 1RAMA4A3A2A1A0RD制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS13
11、02中。位6:如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;位5至位1(A4A0):指示操作单元的地址;位0(最低有效位):如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。读数据:读数据时在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据是从最低位到最高位。写数据:控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入也是从最低位(0位)开始。4.5 按键电路按键电路由四个轻触开关组成,如图4-7所示。按键用来调整时间,其一端直接接到单片机的端口,另一端接地,当按下按键时,相应的端口变为低电
12、平,通过一个与门只要这四个按键有一个按下就会在P3.2检测到一低电平就触发外部中断0进入按键调节程序中,通过与个各键相连的端口P3.4_P3.7可以判断是哪个键按下,从而作相应的操作。图4-7 按键电路4.6 显示电路1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。显示电路采用LCD1602液晶显示,如图4-8所示,图中只画出了其相应的接口,3脚用于调节LCD1602的背光,4、5、6为LCD1602的控制口,用于控制其写入或是读出指令,7至14脚为LCD1602的数据口
13、,将数传送到LCD1602中。图4-8 显示电路LCD1602的特性:+5V电压,对比度可调;内含复位电路;提供各种控制命令,如:清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;有80字节显示数据存储器DDRAM;内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM,8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM; 基本操作时序: 读状态:输入:RS=L,RW=H,E=H;输出:DB0DB7=状态字 ; 写指令:输入:RS=L,RW=L,E=下降沿脉冲,DB0DB7=指令码 ;输出:无。 读数据:输入:RS=H,RW=H,E=H;输出:DB0DB7=数据 ; 写数据:输入:RS=H,RW=L,
14、E=下降沿脉冲,DB0DB7=数据 ;输出:无。5 流程图与软件设计5.1 软件流程图图5-1 软件流程图 按键的检测是通过中断的办法来实现,利用按键进行间调整。 K1按下则开始设置时间及日期,同时在第一行最右端显示被选择的对象,第一次按下K1时,设置年份,若按下K3,则是减1操作,按下K2是加1操作,设置好年后,第二次按下K1时,则是设置月份,按K3减,按K2则加1,依次循环下去,则可以将时间和日期设置完毕,K4是确定键,设置好按下即可保存设置了。5.2 软件设计 软件总设计:主程序首先对系统环境初始化,设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式,置位总中断允许位EA,并对键盘端口置位,
15、再对LCD1602初始化,DS1302初始化。接着扫描键盘,在键盘程序里面是对时间、日期及闹钟的调整,最下面是时间的显示。 软件程序编写:软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。因本程序涉及的模块较多,所以程序编写也采用模块化设计,C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点,所以本系统的软件采用C51编写。程序代码见附录。5.3 软件调试 在软件调试过程中,当调节时间和日期后,单片机上电后更新的是PC的时间,后来查找资料发现,是设置ds1302的问题 对于开发板上的液晶一般RW都接的地,故不需要读液晶状态,也不需要读忙,但在仿真中还是加上了这一部分。还有一个问题,在按键操作时有
16、时会出现功能不稳定,这是由于按键存在抖动,所以后来加个去抖动的延时后在判断,基本就可以解决问题。6 整体电路与仿真结果分析 电子万年历硬件电路图及仿真如图6-1所示,系统由AT89C52单片机,按键扫描电路、显示电路、时钟电路、晶振电路、复位电路及电源指示电路。 仿真正确显示了时间,在LCD1602中正确显示了当前日期、时间,通过按按键K1,就可以开始设置时间,依次按K1依次在年、月、日、时、分之间切换,按K2键用于加1操作,K3键用于减1操作,K4是确定按钮。仿真正确显示了时间和日期,符合设计的要求。图6-1 仿真结果7 结论与心得 通过这次单片机课程设计,我不仅加深了对单片机理论的理解,将
17、理论很好地应用到实际当中去,而且我还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进,使之功能不断完善,成为真己的东西。 这个设计过程中,我们通过在原有的计数器系统进行了改进,使之增添了暂停、计数、清零等的三个控制功能,使之成为一个更加适用,功能更加完备的属于自己的一个系统。虽然这次课程设计中遇到不少问题,但是最终还是比较顺利的完成了设计要求,但是美中不足的是液晶显示的那个模块还存在问题,对于液晶显示的灰度调节还是存在问题,对于通过调节滑动变阻器来实现对液晶LCD1602的灰度控制目前还存在问题。还有就是关于液晶LCD1602的安装也出现问题,出现
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